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智慧玻璃:利用電流來變色

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智慧玻璃可以改變性質阻擋光和熱,常見的例子有防眩光後視鏡,以及為了保護隱私、節省能源的可變色窗戶。但這些應用花費昂貴,作為能量來源的電池和插入式插座也並不環保,嵌入式太陽能板又會遮蔽掉部分玻璃,於是研究人員發明了一種玻璃,可以從風雨獲得能量來改變顏色。對智慧窗戶來說,又多了一項可替換的能量來源。凱斯西儲大學(Case Western Reserve University)的奈米材料工程師戴黎明(Liming Dai)表示:「這項創新是種新型態的再生能源。」

新型的玻璃利用摩擦起電,使夾在兩層玻璃之間的奈米發電機產生電流,讓原本無色的窗戶染上一層深藍色陰影。奈米發電機的最外層是由負電矽膠材質聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane,簡稱PDMS)做成的奈米稜錐體,水和空氣接觸時會產生正電,當雨滴滴落在玻璃上時就會產生電流。奈米發電機的第二層則用來收集風產生的能量,這層由兩片帶電的透明塑料組成,塑料之間以奈米彈簧線圈隔開,當風推動窗戶時會使兩片塑料接觸,彈簧因壓縮而產生電流。

團隊在《ACS Nano》上發表這項研究,測試結果顯示玻璃最大能產生每平方公尺130毫瓦的能量,電量足以啟動心臟調整器或提供智慧型手機待機時所需電力。喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)的奈米科學家、同時也是本項研究的作者王鍾(Zhong Wang)表示:「此種輸出電力可適用於許多應用,可以作為家用或商用電力。」他和他的同事將發電機縮小,在2012年開始了第一個研究-利用腳步來點亮人行道,還發明了自我清潔鍵盤以及安全系統的感應器

目前,距離智慧玻璃商業化還有段路要走,因為玻璃還無法儲存電力。對此,戴認為或許可以將不影響透視性的透明超級電容固定在玻璃上。能源板目前的能源轉換率約為60%,接下來團隊希望能提高奈米發電機的產能效率。王認為我們周遭有許多可利用的能源,只是還不懂得如何使用而已。

參考資料:

  • Smart window changes color with weather. Science [6 April 2015]
  • Yeh, M. H., Lin, L., Yang, P. K., & Wang, Z. L. (2015). Motion-Driven Electrochromic Reactions for Self-Powered Smart Window System. ACS nano.

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